[发明专利]一种有线和无线热备冗余多主通信方法与现场网关模块

说明书

所属技术领域

本发明属于网络通信，尤其是工业现场测控网络技术领域。

背景技术

1)现场总线及其多主通信技术

在工业应用领域，现场总线控制系统FCS已经成熟，逐渐取代原来的集散型控制系统DCS。FCS具有安装简单，数字化程度高，具有故障诊断和按缺省值保护运行等优点。能为用户节约成本，提高自动化水平和系统的智慧水平。

现场总线的工作模式分成主从模式和多主模式。主从模式的现场总线网络中只有一个主机，其他均为从机，从机之间不能相互通信，从机只与主机通信。而多主模式下，现场总线中的任一网络节点都可以成为主机与网络中其他节点进行通信。

由于现场总线多采用总线型结构，并常用菊花链式连接，所以，如果其中的一个节点从总线链路上脱离，就会产生节点通信故障或者断线故障，造成通信可靠性风险较大的遗憾。所以有的现场总线采用环网结构，一个节点脱线，环网拓扑变成总线拓扑，主机可以继续和非脱线的节点通信，这就是冗余环网技术。但是应用该技术需要环网管理模块，增加了设备成本；并且头尾要相接，增加了安装成本。

2)无线通信技术

无线通信技术和无线网络技术由于其移动性好、无需布线、功耗低、自适应组网等优点得到工业界的广泛关注，并逐渐走向成熟。从原来较多的无线传感器网络应用，到现在已经开始应用于控制领域。如已经出现了适用于工业无线模块和无线测控网络的改进PID算法。艾默生过程管理自动化部门研制的无线模块已经成功使用在化工、水泥等行业。无线通信网络多采用多跳技术来提高通信的可靠性和环境适应性。很多还采用Mesh网络模式进行多路由可靠通信。目前使用较多的无线通信技术有GPRS通信、WiFi通信和其他如ZigBee等无线局域网通信技术。

但总的来说，目前应用在工业的无线通信技术在通信速率、安全性、抗干扰能力等方面与有线通信还是存在一定差距。在大型的尤其是新建的工业网络中，大多还是优先采用有线网络，距离较远时，采用光纤作为通信介质。无线网络则常作为有线通信的一个备用通信网络而存在。

在广域网中，有一种有线和无线相互备份的双网冗余方案。主要作用是在一种网络出现故障时，路由器自动切换到另一种网络，从而达到提高通讯的稳定性的作用。如MOXA的F4X33系列产品，其应用体系结构如图1所示：

F4X33系列产品可支持无线移动网络、普通PPPOE方式或静态IP接入方式的有线网络，并支持自动冗余备份功能。

该方案的特点是：

1)属于广域网应用。

2)有路由器进行管理，即具有专门的冗余管理设备。

3)运营成本较高。如果采用该方案为工业场站系统构建一个测控平台，则场站中的每个节点都需要一个IP或者一个移动通信的SIM卡，否则就需要将许多个仪表信号连接到一个设备上，再将该设备连入网络。这样的话，从现场仪表点到连入网络的设备间仍需要布线和安装。如此，则支持冗余通信的设备就不是现场级的通信模块。

综上所述，现有技术的缺点可概括为：

1)应用范围多是广域网应用，不适用于现场级的测控网络

2)应用在工业现场测控网络中，则运营成本太高

3)通信的冗余管理需要有专门的模块，没有和现场的仪表点直接连接

4)这种冗余网络还是不能避免测控现场的繁琐的布线安装等问题。

发明内容

鉴于现有技术的以上缺点，本发明的目的是，提供一种有线和无线热备冗余的多主通信方法，用于搭建现场级的低成本冗余测控网络，并使之具有安装方便的优点。

本发明的目的是通过如下的手段实现的。

一种有线和无线热备冗余多主通信方法，在现场级的有线和无线相互备份的双网测控网络中控制相应的被控对象，获取监测对象的状态；网络节点模块的有线通信和无线通信在工作时均在线，通常网络中的所有模块都优先选择有线方式进行通信；并采用包括以下的步骤相互监测和控制网络节点模块的工作状态：

1)故障检测定位与通信切换方法：

在有线通信方式下，当某节点模块发送查询/控制指令给另一节点模块而无回复，或者回复内容格式不正确时，重新发送查询/控制指令；当有限次重复发送指令均得不到正确格式的回复或者根本无回复时，该节点模块则分别向目的节点的左邻和右邻模块发送诊断帧，根据对诊断帧的回复情况，对故障进行判断和定位，具体如下：